电偶极子电场的描绘

一、实训目标

1.学习用模拟法描绘和研究静电场;

2.模拟心电图导联接法,验证中心电端的电势为零。

二、实训器材

等势线描绘仪、低压电源、滑动变阻器、检流计、导电纸、复写纸、白纸、金属探针、电阻、开关、导线等。

三、实训原理

在静电场中,描绘出一系列等势线后,利用电场线与等势线正交关系,可以描绘出电场线,从而了解静电场的强弱分布。

直接描绘静电场的等势线是相当困难的。由于稳恒电流场与静电场遵循的规律相似,所以可用稳恒电流场来模拟静电场。

两个相距很近的等量异种电荷所组成的带电系统称为电偶极子。如图5-1所示,把与电源相连接的两个电极作为电偶极子,并在导电纸中形成恒定电流,模拟出等量异种电荷的静电场。

四、实训内容及步骤

1.电偶极子静电场的描绘

（1)如图5-1所示,在等势线描绘仪的平板上从下到上依次铺放白纸、复写纸、导电纸各一张,导电纸与两电极A、B接触良好。在两电极间画一条连线,并在连线上等间距画出5个基准点,用探针把它们的位置复印在白纸上。

图5-1　模拟等量异号电荷电场的装置

（2)按图5-1连接好电路。低压电源电压用稳恒6V。

（3)用检流计的两个探针来探测导电纸上的等势点。一根探针与一基准点接触,如基准点0,另一根探针在基准点上方约1cm处与导电纸接触,这时一般会看到电流计指针发生偏转。然后在导电纸上左右轻轻移动探针的位置,可以找到一点,使检流计指针不发生偏转,说明该点与基准点电势相等,用探针将此点复印在白纸上。

（4)按上述方法,在连线的上下方各探测出5个等电势点,每个等电势点相距约1cm。用同样的方法探测出另外4个基准点的等势点。

（5)断开开关,取下白纸,将各基准点的等势点连成一条平滑曲线,然后由等势线描绘出5～7条电场线。

2.验证中心电端的电势为零

（1)在电导纸上选取D、L、F3点,并与电偶极子中心O的距离相等,且张角均为120°,如实验图5-2所示。

（2)在D、L、F3点上各放一探针,并用导线分别连接一个电阻R0（100～500kΩ),然后连接到同一点T,此点即为中心电端。

（3)将检流计的两个探针分别与中心电端T和电偶极子中心O接触,观察中心电端的电势是否为零。

（4)保持电偶极子中心不变,转动电偶极子的方位,观察中心电端的电势是否为零。

注意事项:

①电极与导电纸应接触良好,在测量的全过程中,不得碰、动两电极。

②探针不能与电极相碰。检流计两探针不能置于电势差太大的位置,以免损坏检流计。

图5-2　测量中心电端电势的原理

③导电纸必须保持平整。

五、数据记录与分析

在实验结果的白纸上,描绘出电偶极子的等势线和电场线。

六、思考题

1.怎样才能描绘出电场线？何处电场较强,何处电场较弱？

2.O点的等势线有什么特点,在两电极的垂直平分线上电势如何分布？

3.为什么有时中心电端的电势不为零？